_ Cum o cianobacterie gestionează deficitul de fier îl face cel mai de succes organism fotosintetic de pe Pământ

Marea este cel mai mare ecosistem din lume și găzduiește două organisme fotosintetice care produc aproximativ jumătate din oxigenul de pe Pământ. Cyanobacterium Prochlorococcus este cel mai abundent organism fotosintetic din oceane și fixează aproximativ 4 gigatone de carbon în fiecare an, comparabil cu producția primară globală netă a industriei agricole mondiale.

Fotosinteza se bazează pe fier, aprovizionarea cu care este limitat în ocean, iar succesul ecologic remarcabil al Prochlorococcus se bazează pe capacitatea sa de a se dezvolta în ape cu conținut scăzut de nutrienți.

Lucrările conduse de Ivo Tews de la Universitatea din Southampton au studiat legarea fierului Prochlorococcus. proteina FutA utilizând o serie de tehnici complementare de biologie structurală, inclusiv cristalografia în serie la I24 și la SACLA.

Lucrările demonstrează că FutA poate găzdui fierul în două stări de oxidare diferite, o funcționalitate despre care se crede că face Prochlorococcus mai mult eficient. Studiul este publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ca parte a acestei lucrări, razele X, neutronii și lumina vizibilă au fost toate folosite pentru a ajuta la înțelegerea legării fierului în FutA. Cristalografia cu neutroni a fost folosită pentru a localiza atomii de hidrogen în jurul locului de legare a fierului, ceea ce a permis determinarea sarcinilor lanțurilor laterale de aminoacizi și a stării de încărcare a fierului. Măsurătorile spectroscopice optice au fost utilizate pentru a monitoriza viteza de schimbare a stării de oxidare de la fier feric roșu rugină la fier feros incolor atunci când este iradiat de raze X.

Echipa I24 de la Diamond Light Source a ajutat la proiectarea a două X. -experimente cu raze pentru a expune proteina de legare a fierului la doze specifice de raze X. Experimentele au folosit o tehnică numită cristalografie în serie, care expune secvenţial mii de cristale pentru scurt timp la fasciculul de raze X. Aceste multe măsurători cu un singur cristal sunt apoi îmbinate pentru a forma un set de date complet, de înaltă calitate.

Ivo Tews spune: „Lucrarea noastră a inclus multe tipuri diferite de experimente și surse, dar una care iese în evidență este cristalografia cu sincrotron în serie. la Diamond Light Source, care ne-a permis să urmărim schimbările în structura FutA, în timp real, în condiții ambientale.”

I24 a dezvoltat hardware pentru cristalografia în serie țintă fixă ​​care poate fi utilizat atât la Diamond, cât și la alte surse precum X-ray Free Electron Laser (XFEL) SACLA din Japonia. Pentru a permite experimentele la SACLA, hardware-ul țintă fixă ​​I24 a fost livrat în Japonia și construit la linia de lumină XFEL. Experimentele efectuate la SACLA au permis expunerea la pulsuri de raze X multiple, extrem de scurte, în timp ce al doilea set de experimente efectuate la linia fasciculului I24 a permis determinarea mai multor structuri la doza acumulată.

Structura în schimbare a proteinei. legat de fier înainte și după expunerea la raze X a dezvăluit modificările pe care trebuie să le facă proteina pentru a-și îndeplini funcția duală de legare a fierului. Utilizarea hardware-ului identic atât la Diamond, cât și la SACLA simplifică pregătirea probelor și reduce riscul asociat experimentelor provocatoare desfășurate la jumătatea lumii.

Robin Owen, om de știință principal la I24, a declarat: „Colaborare strânsă între SACLA și Diamond pentru a exploata natura complementară a experimentelor în serie la sincrotroni și lasere cu electroni liberi a fost cheia pentru a permite o perspectivă asupra răspunsului la doză de FutA.”

Cercetarea analizează modul în care bacteriile utilizează fierul, folosind o proteină specializată. în legarea fierului, surpriza fiind că două forme diferite sau stări de oxidare ale fierului pot fi legate de o singură proteină, FutA. Aceasta reflectă două funcții esențiale, și anume captarea fierului feric din mediu și protecția fotosistemelor bacteriene ca fier feros.

Deoarece cianobacteriile au de obicei două tipuri de proteine ​​pentru aceste funcții, se speculează că prezența unei singure proteine ​​în cianobacteriile Prochlorococcus care poate îndeplini ambele sarcini este un factor important în succesul său ecologic.

(Fluierul)